Was ist elektrische Frequenz? Netzfrequenz in Motoren • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren Was ist elektrische Frequenz? Netzfrequenz in Motoren • Tragbarer Auswuchtapparat, Schwingungsanalysator "Balanset" zum dynamischen Auswuchten von Brechern, Ventilatoren, Mulchern, Schnecken an Mähdreschern, Wellen, Zentrifugen, Turbinen und vielen anderen Rotoren

Was ist elektrische Frequenz? Netzfrequenz in Motoren

Veröffentlicht von admin auf

Elektrische Frequenzen in Motoren verstehen

Definition: Was ist elektrische Frequenz?

Elektrische Frequenz (auch Netzfrequenz, Netzfrequenz oder Leistungsfrequenz genannt) ist die Frequenz des Wechselstroms (AC), der an Elektromotoren und andere elektrische Geräte geliefert wird. Die beiden weltweit üblichen elektrischen Frequenzen sind 60 Hz (Hertz) in Nordamerika, Teilen Südamerikas und einigen asiatischen Ländern sowie 50 Hz in Europa, den meisten Teilen Asiens, Afrikas und Australiens. Diese Frequenz bestimmt die Synchrondrehzahl von Wechselstrommotoren und erzeugt charakteristische elektromagnetische Kräfte und Vibration Komponenten mit Vielfachen der Netzfrequenz.

Im Motor Schwingungsanalyse, die elektrische Frequenz und ihre Harmonischen (insbesondere die 2-fache Netzfrequenz) sind wichtige Diagnoseindikatoren für elektromagnetische Probleme, Statorprobleme und Unregelmäßigkeiten im Luftspalt.

Beziehung zur Motordrehzahl

Synchrone Drehzahlberechnung

Bei Wechselstrom-Induktionsmotoren wird die Synchrondrehzahl durch die elektrische Frequenz bestimmt:

  • NSynchronisierung = (120 × f) / P
  • Wobei NSynchronisierung = Synchrondrehzahl (U/min)
  • f = elektrische Frequenz (Hz)
  • P = Anzahl der Pole im Motor

Gängige Motordrehzahlen

Für 60 Hz-Systeme

  • 2-poliger Motor: 3600 U/min synchron (tatsächlich ~3550 U/min mit Schlupf)
  • 4-poliger Motor: 1800 U/min synchron (tatsächlich ~1750 U/min)
  • 6-poliger Motor: 1200 U/min synchron (tatsächlich ~1170 U/min)
  • 8-poliger Motor: 900 U/min synchron (tatsächlich ~875 U/min)

Für 50-Hz-Systeme

  • 2-poliger Motor: 3000 U/min synchron (tatsächlich ~2950 U/min)
  • 4-poliger Motor: 1500 U/min synchron (tatsächlich ~1450 U/min)
  • 6-poliger Motor: 1000 U/min synchron (tatsächlich ~970 U/min)
  • 8-poliger Motor: 750 U/min synchron (tatsächlich ~730 U/min)

Schlupffrequenz

Der Unterschied zwischen synchroner und tatsächlicher Geschwindigkeit:

  • Schlupffrequenz (fs) = (NSynchronisierung - Ntatsächlich) / 60
  • Typischer Schlupf: 1-5% der Synchrondrehzahl
  • Schlupffrequenz typischerweise 1-3 Hz
  • Lastabhängig: Schlupf nimmt mit der Last zu
  • Wichtig für die Diagnose elektrischer Rotordefekte

Elektromagnetische Schwingungskomponenten

2× Netzfrequenz (am wichtigsten)

Die dominante elektromagnetische Schwingungskomponente:

  • 60-Hz-Systeme: 2 × 60 = 120 Hz Schwingungsanteil
  • 50-Hz-Systeme: 2 × 50 = 100 Hz Schwingungsanteil
  • Ursache: Magnetische Kräfte zwischen Stator und Rotor pulsieren mit der doppelten Netzfrequenz
  • Immer präsent: Normale Charakteristik aller Wechselstrommotoren (niedrige Amplitude normal)
  • Erhöhte Amplitude: Zeigt Statorprobleme, Luftspaltprobleme oder magnetisches Ungleichgewicht an

Netzfrequenz (1×f)

  • 50 Hz- oder 60 Hz-Komponente
  • Normalerweise geringere Amplitude als 2×f
  • Kann auf ein Ungleichgewicht der Versorgungsspannung hinweisen
  • Kann bei Statorwicklungsfehlern auftreten

Höhere Harmonische

  • 4×f, 6×f usw. (240 Hz, 360 Hz für 60-Hz-Systeme)
  • Kann auf Wicklungsprobleme oder Probleme mit der Kernlaminierung hinweisen
  • Typischerweise geringe Amplitude bei gesunden Motoren

Diagnostische Bedeutung

Normale 2×f-Amplitude

  • Typischerweise < 10% von 1× (Laufgeschwindigkeit) Vibration
  • Relativ konstant über die Zeit
  • In allen Richtungen vorhanden, aber oft radial am stärksten

Erhöhte 2×f weist auf Probleme hin

Probleme mit der Statorwicklung

  • Windungsschluss, Phasenungleichgewicht
  • 2×f-Amplitude nimmt mit der Zeit zu
  • Kann mit Temperaturanstieg einhergehen
  • Stromungleichgewicht zwischen den Phasen messbar

Luftspaltexzentrizität

  • Ungleichmäßiger Luftspalt durch Rotorexzentrizität oder Lagerverschleiß
  • Erzeugt eine unausgeglichene magnetische Anziehungskraft
  • 2×f und erhöhte Poldurchgangsfrequenzen
  • Kombination mechanischer und elektromagnetischer Effekte

Weiche Fuß- oder Rahmenresonanz

  • Wenn die Eigenfrequenz des Motorrahmens nahe 2×f liegt
  • Strukturresonanz verstärkt elektromagnetische Schwingungen
  • Rahmenvibration viel stärker als Lagervibration
  • Korrigierbar durch Strukturversteifung oder Rahmendämpfung

Frequenzumrichter (VFDs)

VFD-Effekte auf die elektrische Frequenz

  • VFDs erzeugen eine variable Ausgangsfrequenz (typischerweise 0–120 Hz)
  • Motordrehzahl proportional zur VFD-Ausgangsfrequenz
  • Alle elektromagnetischen Frequenzen skalieren mit der VFD-Ausgangsfrequenz
  • PWM-Schaltung erzeugt zusätzliche Hochfrequenzkomponenten

VFD-spezifische Vibrationsprobleme

  • Schaltfrequenzen: Komponenten im kHz-Bereich durch PWM-Schaltung
  • Lagerströme: Hochfrequente Ströme können Lager beschädigen
  • Torsionsschwingung: Drehmomentpulsationen bei verschiedenen Frequenzen
  • Resonanzanregung: Variable Geschwindigkeit kann durch Resonanzen hindurchfegen

Praktische Diagnosebeispiele

Fall 1: Hohe 2×f-Vibration

  • Symptom: 4-poliger 60-Hz-Motor (1750 U/min) mit 120-Hz-Vibration = 6 mm/s
  • Analyse: 120 Hz, viel höher als die 1-fache Vibrationsgeschwindigkeit (2 mm/s)
  • Diagnose: Problem mit der Statorwicklung oder Exzentrizität des Luftspalts
  • Bestätigung: Wärmebild zeigt Hotspot im Stator, Stromungleichgewicht gemessen
  • Aktion: Motor neu spulen oder ersetzen

Fall 2: Seitenbänder um die Laufgeschwindigkeit

  • Symptom: Spitzen bei 1× ± 2 Hz (Schlupffrequenz)
  • Diagnose: Gebrochene Rotorstäbe
  • Bestätigung: MCSA zeigt dasselbe Seitenbandmuster im Strom
  • Progression: Überwachen Sie das Amplitudenwachstum, um den Austausch zu planen

Best Practices für die Überwachung

Spektrumanalyse-Setup

  • Stellen Sie sicher, dass Fmax (maximale Frequenz) > 500 Hz ist, um 2×f und Harmonische zu erfassen
  • Ausreichende Auflösung zur Trennung eng beieinander liegender Seitenbänder (< 0,5 Hz Auflösung für Schlupffrequenzanalyse)
  • Messen Sie in mehrere Richtungen (horizontal, vertikal, axial)

Basislinienfestlegung

  • Zeichnen Sie die 2×f-Amplitude auf, wenn der Motor neu oder frisch zurückgespult ist
  • Legen Sie für jeden Motortyp in der Anlage normale Werte fest
  • Legen Sie Alarmgrenzen fest (normalerweise 2–3 × Basislinie für 2 × f).

Trendparameter

  • 2× Netzfrequenzamplitude und Trend
  • Poldurchgangsfrequenzkomponenten
  • Seitenbandamplituden und -muster
  • Allgemeine Vibrationspegel
  • Lagerzustandsindikatoren

Die elektrische Frequenz ist für das Verständnis der Funktionsweise und Diagnose von Wechselstrommotoren von grundlegender Bedeutung. Das Erkennen von Netzfrequenzkomponenten (insbesondere 2×f) in Schwingungsspektren und das Verständnis ihrer Beziehung zu elektromagnetischen Phänomenen ermöglicht die Unterscheidung zwischen mechanischen und elektrischen Motorfehlern und leitet entsprechende Diagnose- und Korrekturmaßnahmen ein.

← Zurück zum Hauptindex

Kategorien:
WhatsApp